基于NSGA-Ⅱ算法的变温度热源有机朗肯循环系统性能分析及工质选择

针对120～150℃烟气余热，建立亚临界有机朗肯循环系统的数学模型。首先以R245fa为例，在不同热源温度下对系统进行了热力性能和经济性能分析；其次选取6种纯工质，基于NSGA-Ⅱ算法对系统进行了多目标优化研究；最后通过TOPSIS法和灰色关联分析对不同热源温度下的系统进行了工质选择和性能分析。结果表明：在研究温度范围内，过热度和蒸发器夹点温差的升高均不利于提升系统性能；不同热源温度下的最佳工质不同，热源温度为120℃时，R601的热力性能最优，R245fa的经济性最优，R1233zd的综合性能最优；热源温度的升高有利于提升系统的经济性能，各工质的最佳蒸发温度随着热源温度的升高而升高。灰色关联分析表明，6种工质的综合性能均随着热源温度升高有所提升。     

低温跨临界有机朗肯循环工质筛选

反问题求解是研究有机朗肯循环发电技术用于回收低品位能源的基础,而跨临界循环能够有效优化循环中换热器内冷热流体温度的匹配,减小系统不可逆损失。综合考虑有机工质的热物性、环保性及安全性,对于423.15K 低温热源驱动的跨临界有机朗肯循环,选取 R134a、R227ea、R1234ze、R3110、RC318、R236fa 6种工质进行了计算比较。计算采用与热源耦合的反问题思路,求解出工质的运行参数,揭示出参数变化规律并对工质循环性能进行了比较。结果表明, R134a 为适合本循环系统的最优工质。     

采用BP-GA算法的有机朗肯循环多目标优化

有机朗肯循环是低品位热能回收利用的一个重要方式,是利用有机工质蒸发温度较低的优势直接对低温热源回收发电的技术。针对工程应用的实际需求,从热力性、经济性和环境性3个方面对循环进行多目标优化设计。提出了考虑全生命周期影响的年减排量指标,选取循环热效率、效率、投资回收期和年减排量为目标函数,以蒸发温度和冷凝温度为决策变量,建立系统的多目标优化模型。根据热源特性,选取R600a、R114、R245fa和R245ca作为循环的运行工质,采用BP-GA算法对优化模型进行求解,得到不同工质的最优解。在热源工况和环境温度变化的情况下,对优化循环进行了敏感性分析。结果表明,工质R245fa具有最优的综合性能;热源温度和环境温度的变化分别影响循环的最优蒸发温度和最优冷凝温度,进而影响了系统的性能。     

梯级换热有机朗肯循环发电系统热力性能分析

为了充分提高低品位热源回收利用率,降低热源排放温度,本文提出了一种基于有机朗肯循环(ORC)的梯级换热发电系统。系统以地热水为热源,以循环净功率为目标函数,根据热力学第一、第二定律,采用MATLAB软件调用REFPROP编制计算程序进行参数优化,以非共沸混合物作为循环工质对系统进行热力性能分析,并与基本ORC发电系统性能进行比较。结果表明:在最优工况下,基于ORC梯级换热发电系统可有效减小工质与热源在换热过程中的平均换热温差,减少换热不可逆损失,并降低了热源排放温度,提高了热源使用率;在所选工质中,基于ORC梯级换热发电系统热力性能均优于基本ORC发电系统,循环净功率和?效率最大可提高16.07%;选择R601/R236ea为工质时,基于ORC梯级换热发电系统性能最佳。     

基于喷射器的有机闪蒸循环系统?分析

喷射式有机闪蒸循环（喷射式OFC）可与中低温热源进行有效匹配，且能够避免传统有机闪蒸循环中低压节流阀的?损。为探明喷射式OFC系统的?损情况，构建了100~200 ℃地热水驱动的喷射式有机闪蒸循环?分析模型，选取R601、R600a、R123、R1234ze和R1234yf作为循环工质，分析了系统吸热过程?损、内部?效率、外部?效率以及各部件?损占比随地热水进口温度的变化情况。结果表明:临界温度越高的工质，所对应的系统内部?效率越高；且工质存在一个特征温度，当地热水进口温度等于工质特征温度时，系统吸热过程?损最小；系统内部以及外部?效率最大；此外，冷凝器?损占比为23.0%~28.7%，是系统中?损占比最大的部件，因此降低冷凝器?损是提高系统性能的一个重要途径。     

非共沸工质分离压缩再混合有机朗肯循环综合性能分析EI北大核心CSCD

为利用非共沸工质在蒸发器内“温度滑移”的优势,避免在冷凝器内“组分迁移”的不利影响。构建了非共沸工质分离压缩再混合有机朗肯循环系统(ORC with separation,compression,and remixing,SCRM-ORC)。采用分凝器将非共沸混合工质分离成2种纯工质,分别进入气液热交换器两空间进行气液换热,再对纯工质压缩、混合再利用。以120℃地热水为热源,R134a/R245fa为工质,建立热力、经济与环境性能模型,分析R134a质量分数对系统综合性能的影响,并与采用R134a的乏气压缩再循环ORC系统(compression recycling,CR-ORC)性能进行对比。采用遗传算法进行多目标优化,揭示系统最优性能与工况参数。结果表明:与CR-ORC系统相比,非共沸工质SCRM-ORC系统可有效降低冷凝热的释放量,在R134a质量分数较低时提高冷凝热回收利用量,同时具有较好的综合性能。将分凝器与气液热交换器看作整体与CR-ORC系统中新型冷凝器相比,二者[火用]损失之和与投资成本之和小于CR-ORC系统中冷凝器的。在R134a质量分数为0.2181时,系统综合性能最优,此时净输出功为3412.1kW,投资回收期为2.237年,年当量CO_(2)减排量为4520.6×10^(3)kg。     

工质对低温蒸汽闪蒸–双工质联合循环性能的影响

为获得不同工质对新型双工质-闪蒸-双工质联合循环系统热力性能的影响规律及确定系统最佳工质,以流量27.8 kg/s,383.15 K的饱和蒸汽为热源,针对5种低沸点有机工质,以热力学第一、二定律为基础,编制计算程序,将不同工质对该联合循环系统热力性能的影响进行了对比分析。研究结果表明:在具有潜热的高压级双工质阶段,采用不同工质系统净输出功和热效率随蒸发压力增加均呈现出逐渐增加,增幅减小的趋势,热力性能表现为R600R236faR114R245faR123;对于不同温度热水热源,净输出功则表现出随蒸发压力的提高先增加后减小的特点,在汽轮机背压一定时,工质的沸点越低,其热力性能越好,热力性能表现为R236faR600R114R245faR123;在高压级、低压级双工质阶段分别采用R600,R236fa作为工质时,该联合循环系统取得最大净输出功6 466.1 kW、最大热效率9.46%和最小火用损失9 511.5 kW。     

HFO-1234ze(E)/CO2混合气体工频击穿及分解特性实验研究

近年来,由于HFO-1234ze(E)具备良好的环保特性和优良的绝缘性能,被认为有较大潜力应用于中低压设备中。目前针对该气体的试验探究相对比较少。文中首先计算了不同气压下HFO-1234ze(E)/CO₂混合气体的液化温度,然后利用气体绝缘性能测试平台,分别探究了气压、混合比对HFO-1234ze(E)/CO₂混合气体绝缘特性的影响,并讨论实际工程应用中的最优混合比和气压值,再采用气相色谱质谱联用仪(GC-MS)对分解产物进行定性分析,同时对分解产物进行了仿真计算。研究结果表明在不同均匀场的条件下,HFO-1234ze(E)/CO₂混合气体的绝缘性能均随着混合比的提升而提高,击穿电压呈近似线性增长;在混合比保持不变的条件下,提高气压能够显著改善HFO-1234ze(E)/CO₂混合气体绝缘性能;同时在0.3 MPa条件下,20%～25%体积分数的HFO-1234ze(E)不仅具有良好的绝缘水平,而且受到电场不均匀度的影响相对较小,适用于实际工程应用。HFO-1234ze(E)/CO₂     

单工质低温余热发电循环性能分析

为了提高能源利用的高效性和经济性,推进有机朗肯循环系统在低温余热发电领域的应用。通过建立热力学模型,并用Matlab软件进行编程,调用NIST Refprop数据库,选取六氟丙烷作为循环工质,模拟分析有机朗肯循环系统各方面性能。在采用循环输出功率、㶲效率和热效率等热力学指标研究系统热力性能的基础上,分别采用换热面积和CO₂年减排量作为评价系统经济性能和环保性能的指标。研究结果表明：单变量时,在冷凝压力为150 kPa时能保证系统性能达到最佳。多变量时,热源温度提高会使经济性能大幅度降低,而系统的热力性能和环保性能有所提高,综合考虑可取热源温度为155 ℃~185 ℃;当系统各性能分别保证最佳时,蒸发压力随热源温度呈现不同形式的变化,但始终不超过3350 kPa。     

地热源非共沸工质有机朗肯循环发电性能分析

建立有机朗肯循环热力学模型和蒸发器传热模型;基于工质的实验经验状态方程,利用REFPROP 8.0软件获得非共沸工质物性;以获得最佳的凝汽器温度匹配为原则选择工质。采用种温度的地热能,在给定的蒸发器和凝汽器夹点温差下,分析了采用组分比例为0.64：0.36的R600a/R601非共沸工质的有机朗肯循环发电系统的特性,并与R601纯工质发电循环进行了比较。结果表明：以对外输出功为目标函数的利用地热的中低温有机朗肯循环发电系统中不宜加入回热器;对于蒸发器热源进出口温差较小的工况,如热源来自水蒸气凝结放热,采用混合工质的循环的性能不如纯工质的;有机朗肯循环采用混合工质时其最大对外输出功要高于纯工质的,且热源温度越低时,这种优势越明显。